Astrofísicos usan la galaxia como un ‘telescopio cósmico’ para estudiar el corazón del universo joven


Un nuevo instrumento único, junto con un poderoso telescopio y un poco de ayuda de la naturaleza, ha brindado a los investigadores la capacidad de observar las guarderías galácticas en el corazón del joven universo.

Después del Big Bang, hace unos 13.800 millones de años, el universo primitivo se llenó de enormes nubes de gas neutro difuso, conocidas como sistemas Damped Lyman-α o DLA. Estos DLA sirvieron como viveros galácticos, ya que los gases en su interior se condensaron lentamente para alimentar la formación de estrellas y galaxias. Todavía se pueden observar hoy en día, pero no es fácil.

Las lecturas de espectro permiten a los astrofísicos «ver» elementos en el espacio profundo que no son visibles a simple vista, como los DLA gaseosos difusos y las galaxias potenciales dentro de ellos. Normalmente, recopilar las lecturas es un proceso largo y laborioso. Pero el equipo resolvió ese problema realizando una espectroscopia de campo integral con Keck Cosmic Web Imager.

La espectroscopia de campo integral permitió a los investigadores obtener un espectro en cada píxel de la parte del cielo a la que se dirigían, lo que hizo que la espectroscopia de un objeto extendido en el cielo fuera muy eficiente. Esta innovación, combinada con la galaxia con lentes gravitacionales estirada y brillante, permitió al equipo mapear el gas DLA difuso en el cielo con alta fidelidad. A través de este método, los investigadores pudieron determinar no solo el tamaño de los dos DLA, sino también que ambos contenían galaxias anfitrionas.

«He esperado la mayor parte de mi carrera por esta combinación: un telescopio y un instrumento lo suficientemente poderosos, y la naturaleza nos da un poco de alineaciones afortunadas para estudiar no uno sino dos DLA de una manera nueva y rica», dice O’Meara. «Es grandioso ver que la ciencia llega a buen término».

Los DLA son enormes, por cierto. Con diámetros superiores a 17,4 kiloparsecs, tienen más de dos tercios del tamaño de la Vía Láctea actual. A modo de comparación, hace 13 mil millones de años, una galaxia típica tendría un diámetro de menos de 5 kiloparsecs. Un parsec son 3,26 años luz, y un kiloparsec son 1.000 parsecs, por lo que la luz tardaría unos 56.723 años en viajar a través de cada DLA.

«Pero para mí, lo más sorprendente de los DLA que observamos es que no son únicos: parecen tener similitudes en la estructura, se detectaron galaxias anfitrionas en ambos y sus masas indican que contienen suficiente combustible para la próxima generación. de la formación estelar», dice Bordoloi. «Con esta nueva tecnología a nuestra disposición, podremos profundizar en cómo se formaron las estrellas en el universo primitivo».

«Los DLA son una clave para comprender cómo se forman las galaxias en el universo, pero generalmente son difíciles de observar ya que las nubes son demasiado difusas y no emiten luz», dice Rongmon Bordoloi, profesor asistente de física en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. y autor correspondiente de la investigación.

Actualmente, los astrofísicos usan cuásares (agujeros negros supermasivos que emiten luz) como «luz de fondo» para detectar las nubes DLA. Y aunque este método permite a los investigadores identificar las ubicaciones de DLA, la luz de los cuásares solo actúa como pequeños pinchos a través de una nube masiva, lo que dificulta los esfuerzos para medir su tamaño y masa totales.

Pero Bordoloi y John O’Meara, científico jefe de W.M. El Observatorio Keck en Kamuela, Hawái, encontró una forma de solucionar el problema mediante el uso de una galaxia con lentes gravitacionales y espectroscopia de campo integral para observar dos DLA, y las galaxias anfitrionas dentro, que se formaron hace alrededor de 11 mil millones de años, poco después del Big Bang.

«Las galaxias con lentes gravitacionales se refieren a las galaxias que aparecen estiradas y más brillantes», dice Bordoloi. «Esto se debe a que hay una estructura gravitatoriamente masiva frente a la galaxia que desvía la luz que proviene de ella mientras viaja hacia nosotros. Así que terminamos mirando una versión extendida del objeto, es como usar un telescopio cósmico que aumenta la ampliación. y nos da una mejor visualización.

«La ventaja de esto es doble: una, el objeto de fondo se extiende por el cielo y es brillante, por lo que es fácil tomar lecturas de espectro en diferentes partes del objeto. Dos, debido a que las lentes extienden el objeto, puede sondear escalas muy pequeñas Por ejemplo, si el objeto tiene un año luz de diámetro, podemos estudiar pequeños fragmentos con muy alta fidelidad».

Las lecturas de espectro permiten a los astrofísicos «ver» elementos en el espacio profundo que no son visibles a simple vista, como los DLA gaseosos difusos y las galaxias potenciales dentro de ellos. Normalmente, recopilar las lecturas es un proceso largo y laborioso. Pero el equipo resolvió ese problema realizando una espectroscopia de campo integral con Keck Cosmic Web Imager.

La espectroscopia de campo integral permitió a los investigadores obtener un espectro en cada píxel de la parte del cielo a la que se dirigían, lo que hizo que la espectroscopia de un objeto extendido en el cielo fuera muy eficiente. Esta innovación, combinada con la galaxia con lentes gravitacionales estirada y brillante, permitió al equipo mapear el gas DLA difuso en el cielo con alta fidelidad. A través de este método, los investigadores pudieron determinar no solo el tamaño de los dos DLA, sino también que ambos contenían galaxias anfitrionas.

«He esperado la mayor parte de mi carrera por esta combinación: un telescopio y un instrumento lo suficientemente poderosos, y la naturaleza nos da un poco de alineaciones afortunadas para estudiar no uno sino dos DLA de una manera nueva y rica», dice O’Meara. «Es grandioso ver que la ciencia llega a buen término».

Los DLA son enormes, por cierto. Con diámetros superiores a 17,4 kiloparsecs, tienen más de dos tercios del tamaño de la Vía Láctea actual. A modo de comparación, hace 13 mil millones de años, una galaxia típica tendría un diámetro de menos de 5 kiloparsecs. Un parsec son 3,26 años luz, y un kiloparsec son 1.000 parsecs, por lo que la luz tardaría unos 56.723 años en viajar a través de cada DLA.

«Pero para mí, lo más sorprendente de los DLA que observamos es que no son únicos: parecen tener similitudes en la estructura, se detectaron galaxias anfitrionas en ambos y sus masas indican que contienen suficiente combustible para la próxima generación. de la formación estelar», dice Bordoloi. «Con esta nueva tecnología a nuestra disposición, podremos profundizar en cómo se formaron las estrellas en el universo primitivo».

El trabajo aparece en la revista Nature.

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